thiết kế động cơ đốt trong

CÁC THÔNG SỐ TÍNH Các thông số cho trước Khối lượng nhóm thanh Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chấ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Những năm gần đầy, nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh Bên cạnh

đó kỹ thuật của nước ta cũng từng bước tiến bộ, trong đó có ngành cơ khí động lực nói chung Để góp phần nâng cao trình độ và kỹ thuật, đội ngũ kỹ thuật của

ta phải tự nghiên cứu và chế tạo, đó là yêu cầu cấp thiết Có như vậy ngành cơ khí động lực của ta mới phát triển được.

Sau khi được học hai môn chính của ngành động cơ đốt trong (Nguyên lý động cơ đốt trong và Kết cấu động cơ đốt trong) cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lý thuyết, ), sinh viên được giao nhiệm vụ làm đồ án môn học “Thiết Kế Động Cơ Đốt Trong” Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tập của sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp, vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấn đề cụ thể của ngành.

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìm tòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túc với mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bản thân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lần này không thể không có những thiếu sót, mong quý thầy cô góp ý giúp đỡ thêm

để em hoàn thành tốt nhiệm vụ.

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quý báu cho em Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn

đến thầy Nguyễn Quang Trung đã quan tâm, nhiệt tình hướng dẫn trong quá

trình làm đồ án Em rất mong muốn nhận được sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy để em ngày càng hoàn thiện kiến thức của mình.

Đà Nẵng, ngày 22 tháng 12 năm 2016

Sinh Viên Thực Hiện

Nguyễn Minh Quân

CHƯƠNG 1: TÍNH TOÁN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ

1.1 CÁC THÔNG SỐ TÍNH

Các thông số cho trước

Khối lượng nhóm thanh

Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump

Hệ thống bôi trơn Cưỡng bức cascte ướt

Hệ thống làm mát Cưỡng bức, sử dụng môi chất lỏng

Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler

Hệ thống phân phối khí 12 valve, OHV

Các thông số cần tính toán

Xác định tốc độ trung bình của động cơ:

Trong đó:

S (m) : Hành trình dịch chuyển của piston trong xilanh

N (vòng/phút) : Tốc độ quay của động cơ

Do Cm > 9 m/s nên động cơ là động cơ tốc độ cao hay động cơ cao tốc.Chọn trước: n1 = 1,35

n2 = 1,25+ Áp suất khí cuối kỳ nạp:

Chọn áp suất đường nạp (tăng áp tuabin khí): pk = 0,17 [MN/m2]

Đối với động cơ bốn kỳ tăng áp ta chọn: pa = (0,9 - 0,96)pk

+ Áp suất cuối kì nén:

pc = pa.εn1 = 0,16*15,41,35 = 6,42 [MN/m2]+ Chọn tỷ số giãn nở sớm (động cơ diesel): ρ = 1,3

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở sớm:

+ Thể tích công tác:

][dm4

π.DS

+ Áp suất khí sót (động cơ cao tốc) chọn:

Áp suất trước tuabin (0,9-1)pk : pth = pk = 1*0,17 = 0,17 [MN/m2]

b Xây dựng đường nén

Gọi Pnx , Vnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình nén của động

cơ Vì quá trình nén là quá trình đa biến nên:

const V

P n nx

nx 1 =

⇒ 1 n1

C C

n nx

V

V P









P

P =

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng , khi đó i = 1, 2 , 3, …ε

c Xây dựng đường giãn nở

Gọi Pgnx , Vgnx là áp suất và thể tích biến thiên theo quá trình giãn nở củađộng cơ Vì quá trình giãn nở là quá trình đa biến nên ta có:

const V

P n nx

⇒ . 2 Z. Z n2

n gnx

n

C gnx

Z n

Z gnx Z

V V P V

n

n Z gnx

i

P

Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành ε khoảng, khi đó i = 1, 2 , 3, …ε

d Biểu diễn các thông số

- Biểu diễn thể tích buồng cháy: Chọn Vcbd = 10 [mm]

c V

,

[mm]

Bảng 1.1: Bảng giá trị đồ thị công động cơ diesel

Hình 1.1: Các điểm đặc biệt cần xác định trên đồ thị công động cơ diesel

+ Từ bảng giá trị ta tiến hành vẽ đường nén và đường giản nở

+ Vẽ vòng tròn của độ thị Brick để xác định các điểm đặc biệt:

- Điểm a (Va ; pa):

• Điểm mở sớm của xu páp nạp : r’ xác định từ Brick ứng với α1

• Điểm đóng muộn của xupáp thải : r’’ xác định từ Brick ứng với α4

• Điểm đóng muộn của xupáp nạp : a’ xác định từ Brick ứng với α2

• Điểm mở sớm của xupáp thải : b’ xác định từ Brick ứng với α3

- Điểm y(Vy;Py)

Vy = 0,122 [dm3] ⇒ Vybd = Vhbd = 10 [mm]

Py = 8,5 [MN/m2] ⇒ pybd = 8,5/0,0386 = 220 [mm]

Giá trị biểu diễn:

+ Từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm má khuỷu OB, hạ M’Cthẳng góc với AD Theo Brick đoạn AC = x Điều đó được chứng minh nhưsau:

+ Ta có : AC=AO - OC= AO - (CO’ - OO’) = R - MO’.cosα + 2

- Muốn xác định chuyển vị của piston ứng với góc quay trục khuỷu là α

=10o, 20o, 30o, ta làm như sau: từ O’ kẻ đoạn O’M song song với đường tâm

má khuỷu OB Hạ MC vuông góc với AD Điểm A ứng với góc quay α = 00 (vịtrí điểm chết trên) và điểm D ứng với khi α = 1800 (vị trí điểm chết dưới) TheoBrick đoạn AC = x.

- Vẽ hệ trục vuông góc OSα, trục Oα biểu diễn giá trị góc còn trục OSbiễu diễn khoảng dịch chuyển của Piston Tùy theo các góc α ta vẽ được tươngứng khoảng dịch chuyển của piston Từ các điểm trên vòng chia Brick ta kẻ cácđường thẳng song song với trục Oα Và từ các điểm chia (có góc tương ứng)trên trục Oα ta vẽ các đường song song với OS Các đường này sẽ cắt nhau tạicác điểm Nối các điểm này lại ta được đường cong biểu diễn độ dịch chuyển xcủa piston theo α

- Trên nửa vòng tròn R1 ta đánh số thứ tự từ 0, 1, 2, , 18 theo chiều ngượckim đồng hồ, còn trên vòng tròn bán kính R2 ta đánh số 0’,1’,2’, , 18’ theochiều kim đồng hồ, cả hai đều xuất phát từ tia OA.

- Từ các điểm chia trên nửa vòng tròn bán kính R1, ta dóng các đường thẳngvuông góc với đường kính AB, và từ các điểm chia trên vòng tròn bán kính R2

ta kẻ các đường thẳng song song với AB Các đường kẻ này sẽ cắt nhau tươngứng theo từng cặp 0-0’;1-1’; ;18-18’ tại các điểm lần lượt là 0, a, b, c, , 18.Nối các điểm này lại bằng một đường cong và cùng với nửa vòng tròn bán kínhR1 biểu diễn trị số vận tốc v bằng các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 ứng với các góc 0,

α1,α2, α3 α18 Phần giới hạn của đường cong này và nửa vòng tròn lớn gọi làgiới hạn vận tốc của piston

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc OvS trùng với hệ toạ độ OαS , trục thẳng đứng

Ov trùng với trục Oα Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường

thẳng song song với trục Ov cắt trục Os tại các điểm 0, 1, 2, 3, , 18 Từ các

điểm này, ta đặt các đoạn thẳng 00, 1a, 2b, 3c, , 1818 song song với trục Ov

và có khoảng cách bằng khoảng cách các đoạn 0, a,2b,3c, , 0 Nối các điểm

0, a ,b c, , 18 lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốc của pistonv=f(S)

1.4.2 Đồ thị vận tốc V(α)

Hình 1.4: Giải vận tốc bằng đồ thị

Hình 1.5: Đồ thị vận tốc V = f(α)

- Vẽ hệ toạ độ vuông góc v - s trùng với hệ toạ độ OαS trục thẳng đứng 0vtrùng với trục 0α Từ các điểm chia trên đồ thị Brick, ta kẻ các đường thẳngsong song với trục 0v và cắt trục 0s tại các điểm 0,1,2,3, ,18, từ các điểm này

ta đặt các đoạn thẳng 00’’, 11’’, 22’’, 33’’, ,1818’’ song song với trục 0v cókhoảng cách bằng khoảng cách các đoạn tương ứng nằm giữa đường cong vớinữa đường tròn bán kính r1 mà nó biểu diển tốc độ ở các góc α tương ứng Nốicác điểm 0’’, 1’’, 2’’, , 18’’ lại với nhau ta có đường cong biểu diễn vận tốcpiston v=f(s)

1.5 ĐỒ THỊ GIA TỐC

1.5.1 Phương pháp

Để giải gia tốc j của piston, người ta thường dùng phương pháp đồ thịTôlê vì phương pháp này đơn giản và có độ chính xác cao Cách tiến hành cụthể như sau:

Lấy đoạn thẳng AB = S = 2R Từ A dựng đoạn thẳng AC = Jmax =

Rω2(1+λ) Từ B dựng đoạn thẳng BD = Jmin = -Rω2(1-λ), nối CD cắt AB tại E

Lấy EF = -3λRω2 Nối CF và DF Phân đoạn CF và DF thành nhữngđoạn nhỏ bằng nhau ghi các số 1 , 2 , 3 , 4 , … và 1’ , 2’ , 3’ , 4’ ,… (hình 1.6)

Nối 11’ , 22’ , 33’ , 44’ , … Đường bao của các đoạn thẳng này biểu thịquan hệ của hàm số : j = f(x).

1.5.2 Đồ thị gia tốc j = f(x)

λ) 1 ω

R

max = ⋅ + =(139 / 2) 10 233,5 (1 0,25) 4736,62× -3× 2× + = [m/s2]

λ)(1ω

R

Jmin =− ⋅ 2⋅ − = −(139 / 2) 10 233,5 (1 0,25) - 2841,97× -3× 2× − = [m/s2]

- Chọn tỷ lệ xích:

max J

R3-

m’ = mpt +m1 [kg]

Trong đó:

+ mpt: Khối lượng nhóm piston Theo đề ta có mpt = 1,8 [kg]

+ m1: Khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu nhỏ thanh truyền Đượcchọn tùy theo loại động cơ ôtô máy kéo hay tàu thủy, tĩnh tại Vì động cơ đangthiết kế có các thông số phù hợp với động cơ ôtô máy kéo nên ta chọn m1 trongkhoảng

m1 = (0,275 ÷ 0,35).mttTrong đó:

+ mtt: Khối lượng nhóm thanh truyền Theo đề ta có mtt = 2,3 [kg]

- Ta chọn:

m1 = 0,3.2,3 = 0,69[kg]

- Vậy khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động tịnh tiến là:

m’ = m1 + mpt = 0,69 + 1,8 = 2,49 [kg]

- Để có thể dùng phương pháp cộng đồ thị -Pj với đồ thị công thì -Pj phải

có cùng thứ nguyên và tỷ lệ xích với đồ thị công, thay vì vẽ giá trị thực của nó

ta vẽ -Pj= f(x) ứng với một đơn vị diện tích đỉnh piston

2 2 pis

πD π 0,127F

− [MN/m2]=196,56 10× −6×4736,62 0,93= [MN/m2]

- PJmin =196,56 10× −6× −( 2841,97)= − 0,56[MN/m2]

Đồ thị PJ này vẽ chung với đồ thị công P-V

Cách vẽ tiến hành tương tự như cách vẽ đồ thị J - S, với:

−

[mm]

θ s

0 P0 r r'r''

c''

c' c

z

z'' y

a' b'

p = f(V)

b'' a b

- Vẽ hệ trục toạ độ vuông góc OPα, trục hoành Oα nằm ngang với trục po

- Trên trục Oα ta chia 10o một, ứng với tỷ lệ xích µα = 2 [o/mm]

- Kết hợp đồ thị Brick và đồ thị công như ta đã vẽ ở trên, ta tiến hànhkhai triển như sau:

+ Từ các điểm chia trên đồ thi Brick, dóng các đường thẳng songsong với OP và cắt đồ thị công tại các điểm trên các đường biểu diễn các quátrình nạp, nén, cháy - giãn nở và thải Qua các giao điểm này ta kẻ các đườngngang song song với trục hoành sang hệ trục toạ độ OPα

+Từ các điểm chia trên trục Oα, kẻ các đường song song với trục

OP, những đường này cắt các đường dóng ngang tại các điểm ứng với các gócchia của đồ thị Brick và phù hợp với quá trình làm việc của động cơ Nối cácgiao điểm này lại ta có đường cong khai triển đồ thị Pkt - α với tỷ lệ xích :

1.7.4 Đồ thị khải triển P kt , P j , P 1 – α

Bảng 1.5: Giá trị đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1-α

Giá trị đo (mm) Giá trị vẽ(mm) Giá trị thật(MN/m2)

Hình 1.8: Đồ thị khải triển Pkt, Pj, P1 – α

1.8 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ T, Z, N – α

1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu trục khủy thanh truyền

21

Pkh N

l Pk

T Ptt

N

Z

Ptt O

β α

α+β

Hình 1.9: Sơ đồ lực tác dụng lên cơ cấu khuỷu trục thanh truyển

- Lực tiếp tuyến tác dụng lên chốt khuỷu:

β

βαβ

α

Cos

Sin p Sin

p

.)(

sinβ = λ.sinα ⇒β = arcsin(λsinα)

- Ta lập bảng xác định các giá trị N, T, Z Sau đó, ta tiến hành vẽ đồ thị N, T, Z theo α trên hệ trục toạ độ vuông góc chung (N, T, Z - α)

- Với tỷ lệ xích : µT = µZ = µN = µp = 0,0386 [MN/(m 2.mm)]

µα = 2 [ 0/mm]

Xây dựng đồ thị T, Z, N – α

22

6

180.4 i

4 180

Khi trục khuỷu của xylanh thứ 1 nằm ở vị trí α1 =00 thì:

Khuỷu trục của xylanh thứ 2 nằm ở vị trí α2 =2400.

Khuỷu trục của xylanh thứ 3 nằm ở vị trí α3 = 4800.

Khuỷu trục của xylanh thứ 4 nằm ở vị trí α4 =1200.

Khuỷu trục của xylanh thứ 5 nằm ở vị trí α5 = 6000.

Khuỷu trục của xylanh thứ 6 nằm ở vị trí α6 = 3600.

P

i tb

+ Ni: công suất chỉ thị của động cơ

m

e i

)10(127π4

Dπ

Fp = ⋅ 2 = ⋅ ⋅ −3 2 =

[m2]+ R: là bán kính quay của trục khuỷu

733,1

Ttbbd = Σ = =

∑

p tb

T

1.10 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị véctơ phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu dùng để xác định lực tác dụng lên chốt khuỷu ở mỗi vị trí của trục khuỷu

Từ đồ thị này ta có thể tìm trị số trung bình của phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu cũng như có thể dễ dàng tìm được lực lớn nhất

và lực bé nhất Dùng đồ thị phụ tải ta có thể xác định khu vực chịu lực ít nhất để xác định vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn và để xácđịnh phụ tải khi tính sức bền ở trục

- Vẽ hệ toạ độ T - Z gốc toạ độ O’ trục O’Z có chiều dương hướng xuống dưới

- Chọn tỉ lệ xích :µT = µZ = µp = 0,0386 [MN/(m 2.mm)]

28

- Đặt giá trị của các cặp (T,Z) theo các góc α tương ứng lên hệ trục tọa độ T - Z Ứng với mỗi cặp giá trị (T,Z) ta có mộtđiểm, đánh dấu các điểm từ 0 ÷ 72 ứng với các góc α từ 00÷ 7200 Nối các điểm lại ta có đường cong biểu diễn véctơ phụ tảitác dụng lên chốt khuỷu.

- Dịch chuyển gốc toạ độ Trên trục 0’Z (theo chiều dương) ta lấy điểm 0 với 00'=PRo (lực quán tính ly tâm).

+ Lực quán tính ly tâm :

P

2 2 R

F

.R.ωmP

o =

[MN/m2]+ m2: khối lượng thanh truyền qui dẫn về đầu to

m2 = 0,7mtt = 1,61 [kg]

5,2330695,061,1

[MN/m2]Với tỷ lệ xích µZ ta dời gốc toạ độ O’ xuống O một đoạn O’O.

45,120,0386

0,48μ

POO'

30

Hình 1.10: Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu

Q

[mm]

34

Hình 1.11: Đồ thị khai triển Q-α

1.12 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN ĐẦU TO THANH TRUYỀN

+ Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to thanh truyền được xây dựng bằng cách :

35

- Đem tờ giấy bóng đặt chồng lên đồ thị phụ tải của chốt khuỷu sao cho tâm O trùng với tâm O của đồ thị phụ tải chốtkhuỷu Lần lượt xoay tờ giấy bóng cho các điểm 00 , 100 , 200 , 300, … trùng với trục +Z của đồ thị phụ tải chốt khuỷu Đồngthời đánh dấu các điểm đầu mút của các véc tơ Q0 , Q10,Q20 ,Q30 ,… của đồ thị phụ tải tác dụng trên chốt khuỷu trên tờ giấybóng bằng các điểm 0 , 10 , 20 , 30, …

Nối các điểm 00 , 100 , 200 , 300, … bằng một đường cong, ta có đồ thị phụ tải tác dụng trên đầu to thanh truyền

36

37

Hình 1.12: Đồ thị phụ tải tác dụng lên đâu to thanh truyền

1.13 ĐỒ THỊ MÀI MÒN CHỐT KHUỶU

- Đồ thị mài mòn của chốt khuỷu (hoặc cổ trục khuỷu ) thể hiện trạng thái chịu tải của các điểm trên bề mặt trục Đồthị này cũng thể hiện trạng thái hao mòn lý thuyết của trục, đồng thời chỉ rõ khu vực chịu tải ít để khoan lỗ dầu theo đúngnguyên tắc đảm bảo đưa dầu nhờn vào ổ trượt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc lót của ổ lớn nhất Áp suất bé làm cho dầunhờn lưu động dễ dàng

- Sở dĩ gọi là mài mòn lý thuyết vì khi vẽ ta dùng các giả thuyết sau đây:

+ Phụ tải tác dụng lên chốt là phụ tải ổn định ứng với công suất Ne và tốc độ n định mức;

+ Lực tác dụng có ảnh hưởng đều trong miền 1200;+ Độ mòn tỷ lệ thuận với phụ tải;

+ Không xét đến các điều kiện về công nghệ, sử dụng và lắp ghép

- Các bước tiến hành vẽ như sau:

+ Trên đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu ta vẽ vòng tâm O, bán kính bất kì Chia vòng tròn này thành 24phần bằng nhau, tức là chia theo 15o theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, bắt đầu tại điểm 0 là giao điểm của vòng tròn O vớitrục OZ (theo chiều dương), tiếp tục đánh số thứ tự 1, 2, , 23 lên vòng tròn

+ Từ các điểm chia 0, 1, 2, , 23 của vòng tròn O, ta kẻ các tia qua tâm O và kéo dài, các tia này sẽ cắt đồ thịphụ tải tại nhiều điểm, có bao nhiêu điểm cắt đồ thị thì sẽ có bấy nhiêu lực tác dụng tại điểm chia đó Do đó ta có :

in i1

+ 0, 1, , n: Số điểm giao nhau của tia chia với đồ thị phụ tải tại 1 điểm chia.

- Lập bảng ghi kết quả ΣQ’i

- Tính QΣi theo các dòng:

23 1

0

Q Σ = Σ + Σ + + Σ

- Chọn tỉ lệ xích: μ ΣQm = 1 [MN/(m2.mm)]

- Vẽ vòng tròn bất kỳ tượng trưng cho chốt khuỷu, chia vòng tròn thành 24 phần bằng nhau đồng thời đánh số thứ tự 0,

1, , 23 theo chiều ngược chiều kim đồng hồ

- Vẽ các tia ứng với số lần chia

- Lần lượt đặt các giá trị QΣ0, QΣ1, QΣ2, …, QΣ23 lên các tia tương ứng theo chiều từ ngoài vào tâm vòng tròn Nối các đầumút lại ta có dạng đồ thị mài mòn chốt khuỷu

- Các hợp lực QΣ0, QΣ 1, QΣ 2, …, QΣ 23 được tính theo bảng sau:

39

THAM KHẢO 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG XE HYUNDAI

Ngày nay xã hội tiến lên cơ giới hóa ở mức cao, nhằm giảm sức lao động

và tính hiệu quả kinh tế Trước nhu cầu đó, đòi hỏi chúng ta phải lựa chọn hợp

lý đối với các phương tiện chuyên chở hàng hoá cần thiết Trong đó hãng xeHYUNDAI do Hàn Quốc sản xuất, nó đóng một vai trò quan trọng gần nhưkhông thể thiếu để vận chuyển các loại hàng hoá trên đường bộ Hãng xeHYUNDAI được sử dụng rộng rãi bởi vì hãng này sản xuất ra nhiều chủng loạitrọng tải khác nhau, có nhiệm vụ làm việc khác nhau như: xe kéo rơ moóc, xeben cỡ lớn, xe ben cỡ nhỏ chúng phù hợp cho từng công việc Còn về mẫu

mã và chất lượng thì hãng xe HYUNDAI rất đẹp và rất tốt được lắp ráp trêndây chuyền hiện đại, cấu hình phù hợp cho từng loại đường ở nước ta Đặc biệt

ca bin thoáng mát, tư thế ngồi lái rất thoải mái, tầm nhìn người lái dễ và có hệ

số phanh rất an toàn Các thiết bi phụ tùng thay thế nhiều Chính hãng xeHYUNDAI có những ưu điểm trên nên chiếm tương đối lớn ở thị trường nướcta

2.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ D6AC.

Công suất cực đại : 340 PS với 2200 vòng/phút

Mô men cực đại : 140 kg.m với số vòng quay 1400 vòng/phút.Khối lượng khô (chưa có dầu bôi trơn, nhiên liệu, nước làm mát): 990 kg

Khối lượng đầy đủ : 1035 kg

Kích thước bao chiều dài : 1338,6 mm